Аналитическая химия: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
MBHbot (обсуждение | вклад) м орфо, replaced: путем → путём |
→Преамбула: формулировки современнее (2015 г.) приведенных ранее |
||
Строка 1:
{{нет сносок}}
'''Аналити́ческая хи́мия''' — наука, развивающая теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического состава веществ. Проведение химического анализа в настоящее время заключается в получении информации о составе и природе вещества.
В зависимости от задач, аналитическая химия подразделяется на [[Качественный анализ (химия)|качественный анализ]], нацеленный на определение того, '''что''' (или '''какие''' вещества), в какой форме находится в образце, и [[количественный анализ]], нацеленный на определение '''сколько''' данного вещества (элементов, [[ион]]ов, молекулярных форм и др.) находится в образце<ref name=":0">{{Книга|автор=|заглавие=Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9|ответственный=О. Н. Булгакова|издание=|место=|издательство=Кемеровский государственный университет|год=2015|страницы=|страниц=146 с.|isbn=978-5-8353-1817-9}}</ref>.
В задачи качественного анализа входит:
1) установление присутствия (обнаружение, открытие) в пробе тех или иных компонентов (молекул, атомов, ионов);
2) идентификация веществ и компонентов в пробе неизвестного состава (установление их аналогии соответствующим эталонам)<ref name=":0" />.
Задачи количественного анализа – определение содержания или концентрации компонентов в пробе.
Предмет её как науки — совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, поиск возможностей их практического применения, исследование теоретических основ аналитических методов.
Деление химического анализа на [[Качественный анализ (химия)|качественный анализ]] и [[количественный анализ]] в определенной степени условно. Если компонент не обнаружен в пробе, то его содержание ниже некоторого предела, ограничиваемого используемым методом. Когда состав анализируемой пробы неизвестен, сначала проводят качественный анализ и только после этого приступают к количественным измерениям. Качественный и количественный анализ проводят химическими, инструментальными (физическими и физико-химическими) и биологическими методами<ref name=":0" />.
Определение элементного состава материальных объектов называют ''[[Элементный анализ|элементным анализом]]''. Установление строения химических соединений и их смесей на молекулярном уровне называют ''молекулярным анализом''. Одним из видов молекулярного анализа химических соединений является ''структурный анализ'', направленный на исследование пространственного атомного строения веществ, установление эмпирических формул, молекулярных масс и др. (см. ''[[рентгеноструктурный анализ]]''). В задачи аналитической химии входит определение характеристик органических, неорганических и биохимических объектов. Анализ органических соединений по функциональным группам называют ''функциональным анализом''.
== История ==
Аналитическая химия существует с тех пор, как существует [[химия]] в современном её смысле, а многие применяемые в ней приёмы относятся к ещё более ранней эпохе, эпохе [[Алхимия|алхимии]], одной из главных задач которой было именно определение состава различных природных веществ и изучение процессов их взаимных превращений. Но, по мере развития всей химии в целом, значительно совершенствовались и применяемые в ней методы работы, и, наряду со своим чисто служебным значением одного из вспомогательных отделов химии, аналитическая химия в настоящее время имеет значение совершенно самостоятельного отдела химического знания с очень серьёзными и важными задачами теоретического характера. Очень важное влияние на развитие аналитической химии имела современная [[физическая химия]], обогатившая её рядом совершенно новых методов работы и теоретических оснований, к числу которых нужно отнести [[Раствор|учение о растворах]], [[Теория электролитической диссоциации|теорию электролитической диссоциации]], закон действующих масс (см. [[Химическое равновесие]]) и всё учение о химическом сродстве
== Методы аналитической химии ==
Строка 16 ⟶ 28 :
Совокупность ''традиционных методов'' определения состава вещества путём его последовательно химического разложения получила название «[[мокрая химия|мокрой химии]]» («мокрый анализ»). Эти методы обладают относительно низкой точностью, требуют относительно невысокой квалификации аналитиков и ныне почти полностью вытеснены современными ''[[Инструментальные методы анализа|инструментальными методами]]'' (оптическими, масс-спектрометрическими, электрохимическими, хроматографическими и другими физико-химическими методами) определения состава вещества. Однако у мокрой химии есть своё преимущество перед спектрометрическими методами — она позволяет путём проведения стандартизованных процедур (систематический анализ) напрямую определять состав и разные окислительные состояния элементов, таких как [[железо]] (Fe<sup>+2</sup>, Fe<sup>+3</sup>), [[Титан (элемент)|титан]] и др.
Аналитические методы можно разделить на валовые и локальные. Для валовых методов анализа обычно требуется отделённое, измельченное вещество ([[представительная проба]]). ''Локальные методы'' определяют состав вещества в самом образце, что позволяет составлять «карты» распределения химических свойств образца по его поверхности и/или глубине. Следует также выделить методы ''прямого анализа'', то есть не связанного с предварительной подготовкой пробы. Часто подготовка проб необходима (напр., измельчение, предварительное концентрирование или разделение). При подготовке проб, интерпретации результатов, оценке числа анализов используются [[статистические методы]]<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 ">Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. <nowiki>ISBN 978-5-8353-1817-9</nowiki></ref>.
== Методы качественного химического анализа ==
Строка 23 ⟶ 35 :
К числу первых относятся: физическое состояние (твёрдое вещество, жидкость, газ), структура его в твёрдом состоянии (аморфное или кристаллическое вещество), цвет, запах, вкус и др. При этом нередко уже по одним только внешним свойствам, определяемым при помощи органов чувств человека, представляется возможным установить природу данного вещества. В большинстве же случаев приходится превращать данное вещество в какое-либо новое с ясно выраженными характерными свойствами, пользуясь для этой цели некоторыми специально подбираемыми соединениями, носящими название [[Реактивы|реактивов]].
Применяемые в аналитической химии реакции крайне разнообразны и находятся в зависимости от физических свойств и степени сложности состава изучаемого вещества. В том случае, когда химическому анализу подлежит заведомо чистое, однородное химическое соединение, работа производится сравнительно легко и быстро; когда же приходится иметь дело со смесью нескольких химических соединений, вопрос об её анализе усложняется, и при производстве работы нужно держаться некоторой определённой системы для того, чтобы не просмотреть ни одного входящего в вещество элемента. В аналитической химии существует два рода реакций: '''реакции мокрым путём''' (в растворах) и '''реакции сухим путём'''<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Реакции в растворах ===
Строка 46 ⟶ 58 :
В зависимости от хода химического анализа в нём нередко приходится производить подобные процессы [[Окислительно-восстановительные реакции|окисления и восстановления]]. Важнейшими окислителями служат: [[галогены]], [[азотная кислота]], [[пероксид водорода]], [[Перманганат калия|марганцовокислый калий]], [[Дихромат калия|двухромокислый калий]]; важнейшими восстановителями являются: [[водород]] в момент выделения, [[Сероводород|сернистый водород]], [[сернистая кислота]], [[Хлорид олова(II)|хлористое олово]], йодистый [[Иодоводород|водород]].
'''Реакции выделения газов''' в растворах при выполнении качественного химического анализа чаще всего не имеют самостоятельного значения и являются реакциями вспомогательными; чаще всего приходится встречаться с выделением углекислого газа CO<sub>2</sub> — при действии кислот на углекислые соли, сернистого водорода — при разложении сернистых металлов кислотами и т. п.<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />
=== Реакции сухим путём ===
Строка 65 ⟶ 77 :
'''Окисление и восстановление в сухом виде''' можно производить в шариках сплавленной [[Тетраборат натрия|буры]] ([[Натрий|Na]]<sub>2</sub>[[Бор (элемент)|B]]<sub>4</sub>[[Кислород|O]]<sub>7</sub> + 10[[Водород|Н]]<sub>2</sub>[[Кислород|О]])
Испытуемое вещество вводится в небольшом количестве в шарики, полученные расплавлением этих солей на платиновой проволоке, а затем они подвергаются нагреванию в окислительной или восстановительной части пламени.
Восстановление можно производить ещё рядом других способов, а именно: нагреванием на обугленной с содою палочке, накаливанием в стеклянной трубке с металлами — [[Натрий|натрием]], [[Калий|калием]] или [[Магний|магнием]], нагреванием в древесном угле при помощи паяльной трубки, простым нагреванием<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Классификация элементов ===
Строка 82 ⟶ 94 :
''2-я группа'': в растворе, подкисленном азотной кислотой, азотнокислое серебро даёт осадок. Сюда относятся кислоты: [[Соляная кислота|соляная]], [[Бромоводород|бромистоводородная]] и [[Иодоводород|иодистоводородная]], [[Синильная кислота|цианистоводородная]], [[Сероводород|сернистый водород]], железо- и железистоцианистоводородные и [[Иодноватая кислота|йодноватая]]. ''3-я группа'': азотная кислота и хлорноватая кислота, которые не осаждаются ни азотнокислым серебром, ни хлористым барием.
Нужно, однако, иметь в виду, что указанные для кислот реактивы не являются общими реактивами, которыми можно было бы воспользоваться для разделения кислот на группы. Эти реактивы могут только дать указание на присутствие кислотной или другой группы, а для открытия каждой отдельной кислоты приходится пользоваться принадлежащими им частными реакциями. Приведенная классификация металлов и неметаллов (металлоидов) для целей аналитической химии принята в русской школе и лабораториях (по [[Меншуткин, Николай Александрович|Н. А. Меншуткину]]), в западноевропейских лабораториях принята другая классификация, основанная, однако, по существу, на тех же принципах<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Теоретические основания реакций ===
Строка 98 ⟶ 110 :
Химические индикаторы имеют очень важное применение в объёмном химическом анализе (см. ниже).
В реакциях качественного химического анализа нередко также приходится встречаться с явлением [[гидролиз]]а, то есть разложения солей под влиянием воды, причём водный раствор приобретает более или менее сильную щелочную или кислотную реакцию<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Ход качественного химического анализа ===
Строка 122 ⟶ 134 :
Если вещество представляет '''жидкость''', прежде всего обращается внимание на её цвет, запах и реакцию на лакмус (кислотная, щелочная, нейтральная). Чтобы удостовериться в присутствии в растворе каких-либо твёрдых веществ, небольшую порцию жидкости выпаривают на платиновой пластинке или часовом стекле. После этих предварительных испытаний жидкость анализируется обычными методами.
Анализ '''газов''' производится некоторыми специальными методами, указываемыми в количественном анализе<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
== Методы количественного химического анализа ==
Строка 133 ⟶ 145 :
# ''газовый анализ'', состоящий в определении некоторыми специальными методами качественного и количественного состава газов или их смеси.
Совершенно особую группу представляет ''медицинский химический анализ'', обнимающий ряд различных методов исследования крови, мочи и других продуктов жизнедеятельности человеческого организма<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Весовой количественный химический анализ ===
Строка 144 ⟶ 156 :
=== Анализ электролизом ===
Анализ [[электролиз]]ом основан на способности [[Электрический ток|электрического тока]] при прохождении через растворы солей разлагать их с выделением металлов на катоде. Подбирая соответственную [[Электрическое напряжение|разность потенциалов]] на [[электрод]]ах и [[Сила тока|силу тока]] (в зависимости от размеров поверхности электродов), а равно выбирая для каждого металла раствор соответственного состава, можно выделять многие металлы в отдельности из смеси их солей в растворе с большой точностью и полнотой. Электроды для этой работы делаются чаще всего из [[Платина|платины]]<ref name="Сапожников" group=" Методы химического анализа: учеб. пособие / О. Н. Булгакова, Е. А. Баннова, Н. В. Иванова; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2015. – 146 с. ISBN 978-5-8353-1817-9 " />.
=== Колориметрические методы ===
| |||